Часть 1. Физико-механические основы технологических процессов обработки заготовок резанием

Глава 1. Режущая часть инструмента и его геометрические параметры

1. Режущая часть токарного резца

Металлорежущие инструменты всех видов имеют присоеди­нительную часть в виде державки, или корпуса, и режущую часть для срезания стружки. Режущая часть состоит из режущих элемен­тов, или зубьев, каждый из которых имеет одну переднюю и не­сколько задних поверхностей. По передней поверхности, обращен­ной в сторону срезаемого слоя, перемещается срезанная стружка. Задние поверхности обращены к обработанной поверхности и по­верхности резания. Тело каждого элемента режущей части инстру­мента ограничено передней и задней поверхностями. Пересечение передней и главной задней поверхностей образует главную режу­щую кромку, а пересечение передней и вспомогательной задней поверхностей - вспомогательную режущую кромку. Вершиной ре­жущей части является точка пересечения главной и вспомогатель­ной режущих кромок. Главные и вспомогательные режущие лезвия включают соответствующие режущие кромки и прилегающие к ним поверхности, контактирующие в процессе резания со струж­кой и заготовкой. Режущие лезвия всех инструментов имеют фор­му „клина, ограниченного передней и задней поверхностями.

У типового представителя металлорежущих инструментов - токарных резцов (рис. 1.1) присоединительная часть имеет длину /₂ и режущая-Л.

Передняя поверхность режущей части ограничена контуром 1-2-5-4-3-1, главная задняя - контуром 1-2-6-7-1, вспомога­тельная задняя - контуром 1-3—8-7-1.

Главная режущая кромка обозначена прямой 1-2, вспомога­тельная - прямой 1-3, а их пересечение - вершина резца (точка 1).

Главное режущее лезвие состоит из главной режущей кромки и прилегающих к ней заштрихованных площадок на передней и глав­ной задней поверхностях, ограниченных контурами 1-2-9-10-1 и 1-2-11-12-1.

2. Геометрические параметры режущей части резца

Для определения углов, под которыми располагаются поверх­ности режущей части инструмента и режущей кромки, использу­ются координатные плоскости.

Рассмотрим координатные плоскости для проходного токар­ного резца при точении (рис. 1.2).

Основная плоскость (ОП) - плоскость, параллельная на­правлениям продольной и поперечной подачам станка. Если токар­ный резец имеет призматическое тело, то основная плоскость сов­падает с опорной поверхностью резца (рис. 1.2, а).

Плоскость резаная (ПР) - плоскость, которая проходит через главную режущую кромку касательно к поверхности резания заго­товки (рис. 1.2, а).

а

б

Рис. 1.2. Координатные плоскости

Главная секущая плоскость - плоскость, проходящая через точку главной режущей кромки перпендикулярно проекции на ос­новную плоскость. След этой плоскости обозначен Ы-Ы(рт. 1.2, б).

Вспомогательная секущая плоскость - плоскость, которая проходит через точку вспомогательной режущей кромки перпен­дикулярно к ее проекции на основную плоскость. Ее след обозна­чен ЛГ| - ЛГ> (рис. 1.2, б).

Углы резца, заданные относительно координатных плоско­стей и относительно друг друга, называют углами резца в статике (когда скорость и подача равны нулю).

Главные и вспомогательные углы резца рассматривают, пред­полагая, что вершина резца расположена в одной горизонтальной плоскости с осью центров станка (осью вращения заготовки), а ось стержня резца - горизонтально в плоскости, перпендикулярной оси центров.

В главной секущей плоскости (сечение N-14) измеряют глав­ные углы: х, Р, б, а (рис. 1.3).

Во вспомогательной секущей плоскости (Л/} - N0 измеряют вспомогательные углы 0.1,71.

Определения углов резцов приведены в табл. 1.1.

Рис. 1.3. Углы резца в статике

Таблица 1.1

Основные определения углом резцов

Понятие	Определение
Передний угол (у)	Угол между следом плоскости, перпендикулярной к следу плоскости резания, и следом передней по­верхности
Главный задний угол (а)	Угол между следом главной задней поверхности и плоскости резания
Угол заострения (р)	Угол между следами главной задней и передней поверхностей
Угол резания (5)	Угол межау следами передней поверхности и плоскости резания
Примечания: Принято считать передний угол положительным, если угол реза­ния 6 <90°, и отрицательным, если 6 >90°. а + Р+ у = 90*6 + у = 9(?^б=а + Р = 90®~у
Вспомогательный передний угол (у()	Угол между следом передней поверхности и сле­дом плоскости, перпендикулярной к плоскости, проходящей через вспомогательную режущую кромку перпендикулярно основной плоскости
Вспомогательный задний угол (а0	Угол между следами плоскости, проходящей че­рез вспомогательную режущую кромку перпен­дикулярно основной плоскости и вспомогатель­ной задней поверхности

Понятие	Определение
Главный угол в пла­не (ф)	Угол между проекцией главной режущей кромки на основную плоскость и направлением подачи
Вспомогательный угол в плане (фі)	Угол между проекцией вспомогательной режу­щей кромки на основную плоскость и направле­нием подачи
Угол при вершине (є)	Угол между проекциями главной и вспомогатель­ной режущих кромок на основную плоскость
Угол наклона глав­ной режущей кромки (X)	Измеряется в плоскости, проходящей через глав­ную режущую кромку перпендикулярно основной плоскости (между линией, проведенной через вершину резца параллельно основной плоскости и главной режущей кромкой)

Если главная режущая кромка параллельна основной плоско­сти, то угол X = 0 (рис. 1.4, б) и стружка сходит по оси резца.

Если вершина резца является высшей точкой главной режу­щей кромки, то угол X < 0 (рис. 1.4, а), и стружка сходит в направ­лении подачи влево (рис. 1.5, б), где сосредоточены рукоятки управления им.

Е

Для того чтобы избежать травм токаря срезанной стружкой и отвести ее в сторону от рукояток токарного станка при черновой

сли вершина резца является низшей точкой главной режу­щей кромки, то угол ^. > 0 (рис. 1.4, в) и стружка сходит вправо, в сторону обработанной поверхности (рис. 1.5, а).

а б в

обработке и резании твердых материалов, нужно выбирать угол X, > О (рис. 1.5, а). Положительный угол X выбирают также при работах с ударом резцами с твердосплавными пластинками, а также при об­работке закисленных материалов, так как в момент врезания резца ударная сила приходится на более прочное место резца, удаленное от вершины (рис. 1.6, а). В противном случае, если к < 0 (рис. 1.6, б), режущая кромка инструмента может выкрашиваться.

	\
К
	+к

Р ис. 1.5. Направление движения срезаемой стружки при положительном (а) и отрицательном (6) угле наклона главной режущей кромки

Рис. 1.6. Соприкосновение заготовки с резцом: а - при угле + к; 6 - при угле -к

Однако увеличение угла наклона главной режущей кромки X приводит к ухудшению качества обработанной поверхности, росту

радиальной и вертикальной составляющих силы резания. Для пре­дотвращения этих неприятностей при чистовом точении применя­ют резцы с отрицательными значениями угла X.

Правильный выбор углов режущей части резца, как и любого другого инструмента, позволяет повысить эффективность процесса резания.

С увеличением переднего угла у резец легче врезается в ме­талл, поэтому снижается деформация срезаемого слоя, а следова­тельно, уменьшаются сила резания и расход мощности. Кроме то­го, стружка легче сходит по передней поверхности резца и улучша­ется качество обработанной поверхности. Однако при увеличении переднего угла уменьшается угол заострения резца Р, т. е. умень­шается площадь поперечного сечения режущего клина и снижается прочность резца, увеличивается его износ, как из-за выкрашивания режущей кромки, так и ухудшения теплоотвода от контактных по­верхностей резца. Поэтому для повышения прочности и стойкости резцов при обработке твердых и хрупких металлов нужно приме­нять меньшие передние углы, а при обработке вязких и мягких ме­таллов - большие.

Главный задний угол а необходим для уменьшения трения между главной задней поверхностью инструмента и поверхностью резания, т. е. для уменьшения температуры резания и износа инст­румента по задней поверхности. Увеличение угла а, так же, как и угла у, снижает прочность резца, поэтому при обработке мягких и вязких материалов его выбирают большим, а твердых и хрупких - меньшим.

Уменьшение главного угла резца в плане ф приводит к уменьшению шероховатости обработанной поверхности и износа инструмента, но возрастают радиальная составляющая силы реза­ния, упругие отжатия элементов технологической системы и сни­жается точность обработки; возможно возникновение вибраций при резании, приводящих к ухудшению качества обработанной по­верхности.

С уменьшением вспомогательного угла резания в плане ф| снижается шероховатость обработанной поверхности, снижается износ резца и повышается прочность его вершины.